Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле

Как мы уже знаем, стерильные мыши – это необычные существа со множеством физиологических странностей, которые вполне могли повлиять на их поведение. Поэтому очень важным стало открытие Джона Крайана и Теда Дайнана из Ирландского национального университета в Корке, обнаруживших схожие результаты у обычных мышей с полноценным микробиомом. Они работали с той же линией робких мышей, что исследовал Коллинз, и у них получилось изменить поведение животных, скормив им один штамм бактерии Lactobacillus rhamnosus, часто используемой в йогуртах и молочных продуктах. Усвоив этот штамм, известный как JB-1, мыши стали лучше справляться с тревожностью и начали проводить больше времени в открытых частях лабиринта или посреди открытого пространства. Еще они начали успешнее бороться с плохим настроением – когда их роняли в емкость с водой, они старались больше грести лапками и меньше уныло покачиваться на воде [122] . Подобные тесты часто проводятся для выяснения степени эффективности психиатрических препаратов, и эффект JB-1 был как раз похож на действие успокоительных и антидепрессантов одновременно. «Мыши как будто принимали уменьшенные дозы «Прозака» или «Валиума», – говорит Крайан.

122

Bravo et al., 2011.

Чтобы выяснить, что именно делала бактерия, члены научной группы рассмотрели мышиные мозги. Они выяснили, что JB-1 воздействовал на то, как различные участки мозга – те, что отвечают за обучение, память и контроль над эмоциональным состоянием, – реагируют на GABA, успокоительное вещество, которое утихомиривает возбуждение нейронов. Здесь снова всплывает поразительная схожесть с психическими расстройствами у людей: тревожность и депрессию связывают с нарушениями реакции на GABA, а группа успокоительных препаратов под названием бензодиазепины как раз усиливает эффекты GABA. Вдобавок к этому ученые выяснили, как именно микробы воздействуют на мозг. Главным подозреваемым у них был блуждающий нерв. Это длинный ветвистый нерв, связывающий мозг и внутренние органы, в том числе кишечник, – настоящее воплощение оси «кишечник – мозг». Ученые его удалили, и оказалось, что изменяющий сознание JB-1 растерял всю свою мощь [123] .

123

Проектом руководил Джон Биненшток. Штамм L. rhamnosus JB-1 открыли в его лаборатории – отсюда и название. Он воодушевил своих ирландских коллег, проведя ту же серию экспериментов в Канаде на других мышах, немного при этом изменив методику. А результаты все равно оказались теми же. Тогда-то ученые и поняли, что у них кое-что наклевывается. «Мы тогда подумали: о боже, это же круто! – рассказывает он мне. – Эта чертовщина в каждой лаборатории себя по-разному ведет».

И эти, и следующие за ними исследования показали, что изменение микробиома мыши способно поменять ее поведение, химические вещества у нее в мозге и склонность к мышиным вариантам тревожности и депрессии. Однако в них достаточно много расхождений. В одних исследованиях было показано, что микробы воздействуют только на мозг детенышей, в других – что подростки и взрослые тоже подвержены их влиянию. Одни выяснили, что благодаря бактериям грызуны становятся менее тревожными, а другие – что более. Одни пришли к выводу, что микробам необходим блуждающий нерв, а другие подчеркивают, что микробы способны производить нейромедиаторы, такие как дофамин и серотонин, а они в свою очередь переносят послания от нейрона к нейрону [124] . Появления подобных трудностей следовало ожидать – когда сталкиваются две настолько сложные вещи, как микробиом и мозг, надеяться на идеальные результаты довольно наивно.

124

Одни микробы создают нейромедиаторы напрямую, другие заставляют клетки кишечника их вырабатывать. Часто думают, что эти вещества относятся только к мозгу, однако по меньшей мере половина дофамина в нашем организме находится в кишечнике, как и 90 % серотонина (Asano et al., 2012).

Сейчас вопрос в том, важно ли что-нибудь из этого на самом деле. Действительно ли едва уловимое воздействие микробов на организм, выявляемое в регулируемой среде лабораторных мышей, имеет какое-то значение на практике? Крайан понимает, что сомнения неизбежны и что заглушить их можно лишь одним способом – нужно проводить опыты не только на грызунах. «Мы должны заняться людьми», – утверждает он.

В попытках выяснить, действительно ли у людей меняется поведение после приема антибиотиков или пробиотиков, было проведено несколько исследований, но и там не все ладно – то с методикой проблемы, то результаты неоднозначные. В одном из перспективных исследований (хотя все равно мелком) Кирстен Тиллиш обнаружила, что у женщин, употребляющих в день по две порции йогурта с большим содержанием микробов, участки мозга, отвечающие за обработку эмоций, были менее активны, чем у тех, кто употреблял молочные продукты без микробов. Так и не известно, что эти различия означают, зато можно точно сказать, что бактерии воздействуют на деятельность головного мозга [125] .

125

Tillisch et al., 2013.

Сложнее будет выяснить, могут ли бактерии помочь людям справиться со стрессом, тревожностью, депрессией и другими отклонениями в психике. И здесь уже есть определенные успехи. Стивен Коллинз совсем недавно закончил небольшое клиническое исследование, в котором пробиотическая бифидобактерия, запатентованная продовольственной компанией, ослабляла признаки депрессии у людей с синдромом раздраженного кишечника [126] . «Думаю, это первая демонстрация способности пробиотика справляться с отклонениями от нормального поведения среди больных», – заявляет он. Джон Крайан и Тед Дайнан тем временем почти закончили собственное исследование, в котором пытаются понять, могут ли пробиотики – психобиотики, как они их называют, – помогать людям справляться со стрессом. Дайнан, психиатр, владеющий клиникой для страдающих от депрессии, больших надежд на это не возлагает. «Должен сказать, что раньше я сильно сомневался в том, что у животного изменится поведение, если накормить его микробами», – делится он. Сейчас он переубежден, но все еще считает, что «вряд ли получится создать смесь пробиотиков, способных справиться с тяжелой депрессией». «Однако небольшой потенциал у исследований все же есть, – добавляет Дайнан. – Многие отказываются принимать антидепрессанты, или же лечение им не по карману, и если мы сможем предложить им эффективный пробиотик, это станет крайне важным прорывом в психиатрии».

126

Pinto-Sanchez et al., 2017.

Благодаря этим исследованиям многим ученым уже приходится рассматривать разные аспекты поведения человека, помня при этом о микробах. Если часто пить алкоголь, стенки кишечника становятся слабее, а значит, микробы в большей степени воздействуют на мозг – можно ли этим объяснить склонность алкоголиков к депрессии и тревожности? Наше питание меняет сообщества микробов у нас в кишечнике – могут ли эти изменения распространяться и на разум? [127] С возрастом микробиом кишечника становится менее устойчивым – не это ли одна из причин роста заболеваний головного мозга у пожилых? А может, микробы могут влиять на то, что мы хотим съесть? Вот тянетесь вы за бутербродом или шоколадкой – но что именно движет вашей рукой?

127

Одна научная группа из США пересадила микробов из кишечника мышей, питающихся в основном жирной пищей, в кишечники мышей, привыкших к обычному корму. В результате у реципиентов повысился уровень тревожности и ухудшилась память (Bruce-Keller et al., 2015).

С вашей точки зрения, выбор нужного пункта в меню обуславливает разницу между хорошим обедом и плохим. А вот для ваших кишечных бактерий этот выбор куда более важен. Разные микробы предпочитают разную пищу. Одни лучше всех переваривают растительную клетчатку, другие обожают жиры. Выбирая, что поесть, вы также решаете, какие бактерии насытятся и получат преимущество над другими. А им совсем не обязательно сидеть и терпеливо ждать, пока вы определитесь. Мы уже знаем, что бактерии способны воздействовать на нервную систему. Если бы они вырабатывали дофамин – вещество, вызывающее чувство наслаждения, – когда вы едите то, что им нужно, получилось ли бы у них приучить вас выбирать из всех возможных вариантов именно эту пищу? Есть ли у них право голоса? [128]

128

Эту идею высказал Джо Олкок (Alcock et al., 2014).

Пока что это лишь предположение – но не такое уж невозможное. В природе полно паразитов, которые контролируют разум хозяев [129] . Вирус бешенства поражает нервную систему и делает носителей вспыльчивыми и агрессивными – нападая на других животных и кусая их или царапая, они переносят вирус в организм новых хозяев. Toxoplasma gondii – паразит, поражающий головной мозг, – тоже манипулятор. Размножаться он может только в кошачьем организме. Оказавшись внутри крысы, он подавляет ее страх перед кошачьим запахом, заменяя его на что-то вроде полового влечения. Грызун тут же отправляется на поиски ближайших котов. Исход предсказуем – теперь T. gondii сможет завершить свой жизненный цикл [130] .

129

О паразитах, контролирующих наш разум, я говорил в своем выступлении на конференции TED (Yong, 2014b).

130

Возможно, T. gondii влияет и на поведение человека: некоторые ученые предполагают, что зараженные люди отличаются от незараженных по характеру, демонстрируют повышенный риск попасть в автомобильную катастрофу и склонность к шизофрении.

Вирус бешенства и T. gondii – самые настоящие паразиты, ведь они размножаются за счет своих хозяев, нанося им ущерб и нередко приводя к их гибели. Наши кишечные микробы совсем не такие. Они – естественная часть нашей жизни. Они помогают нам создавать наше тело – пищеварительную, иммунную и нервную системы. Они приносят нам пользу. Однако не стоит из-за этого становиться беспечными. Микробы-симбионты все еще существуют сами по себе. У них свои интересы и своя борьба за существование. Они могут быть нашими партнерами, но не друзьями. Даже в самом гармоничном симбиозе есть место разногласиям, эгоизму и предательству.

Глава 4 Условия договора

В 1924 году Маршалл Гертиг и Симеон фон Вольбах обнаружили внутри комара обыкновенного, Culix pipiens, пойманного неподалеку от Бостона и Миннеаполиса, новый микроорганизм [131] . Внешне он чем-то напоминал бактерию Rickettsia, которая, как прежде установил Вольбах, вызывает пятнистую лихорадку Скалистых гор и сыпной тиф. Однако новый микроб вроде бы ни к каким заболеваниям причастен не был, так что внимания на него обращать не стали. Лишь двадцать лет спустя Гертиг официально назвал его Wolbachia pipientis – в честь друга, его открывшего, и комара, его носящего. И лишь спустя еще много десятилетий биологи наконец осознали, насколько эта бактерия на самом деле особенная.

131

Историю исследований Вольбаха и Гертига подробно описывают Kozek, Rao, 2007.

У многих людей есть любимый фильм или любимая группа, а у популяризаторов науки, часто пишущих про микробиологию, нередко появляется любимая бактерия. У меня это вольбахия. Характер ее великолепен, а распространена она потрясающе широко. А еще она является замечательным примером двуличности микробов – партнеров и паразитов.

В 1980-х и 1990-х, после того как Карл Везе открыл миру способ идентифицировать микробов путем секвенирования их генов, биологи начали обнаруживать вольбахию повсюду. Ученые, независимо друг от друга исследующие бактерий, способных управлять половой жизнью своих хозяев, поняли, что все это время работали с одним и тем же микроорганизмом. Ричард Стаутхамер открыл группу асексуальных наездников, все представители которой были самками и размножались клонированием. Этой чертой они оказались обязаны бактерии, а именно вольбахии: когда Стаутхамер накормил их антибиотиками, среди них вдруг снова появились самцы и представители обоих полов начали спариваться. Тьерри Риго обнаружил в мокрицах бактерий, превращающих самцов в самок, препятствуя образованию половых мужских гормонов, – и это тоже были вольбахии. Грег Херст выяснил, что зародышей самцов прекрасной лунной бабочки с Фиджи и Самоа убивала бактерия, в результате чего самки превосходили количеством самцов примерно в сто раз, – снова вольбахия. Все они относились к разным штаммам и представляли из себя разные версии микроба из комара Гертига и Вольбаха [132] .

132

Наездники Стаутхамера: Schilthuizen, Stouthamer, 1997; мокрицы Риго: Rigaud, Juchault, 1992.; бабочки Херста: Hornett et al., 2009; обзор всего вышеперечисленного: Werren et al., 2008; LePage, Bordenstein, 2013.